利用核技术开发先进材料

从装载精油的纳米复合材料制成的活性食品包装，到辐射接枝法制造的超级吸水剂聚合物，经辐射加工的先进材料在减少食物浪费、提高农业经济效益、改善医疗保健等方面发挥着越来越重要的作用。

除了重量轻和易于制造之外，利用核技术改性的先进材料还具有更强的性能和耐久性。包括加速器在内的辐射技术通过许多应用使自身地位变得更加重要，并为可持续发展作出贡献。

先进材料用途

为了创造先进材料或改善高性能材料生产，一些辐射辅助工艺现已成熟，并在工业中实施。例如，经辐射处理的塑料或橡胶的适用性增加，能够生产各种材料，如用于建筑物中循环水和加热液体的耐热、耐压塑料管。

“用辐射生产的高性能材料无处不在。”原子能机构放射性同位素产品和辐射技术处处长Celina Horak说，“它们在日常物品中处处可见，这些物品更坚固、更安全。其中一些材料甚至用于提高人们生活方式的可持续性。”

辐射处理还用于无溶剂油漆、油墨和涂料的干燥或硬化，以及改善生物基材料和可生物降解包装材料的强度、耐温性和防渗性。加入了由原位法制作的纳米银颗粒的多孔陶瓷现在用于各国农村社区的水净化。

先进材料有益于应对气候变化 问题

在应对气候变化的同时满足日益增长的能源需求，需要进一步发展可再生能源的生产、贮存和回收。法国香槟-阿登大区兰斯大学教授Xavier Coqueret说：“辐射技术非常适用于为燃料电池技术制造特定专用膜和块体复合材料，提高了可再生能源生产效率。”他说，辐射预处理可用于改善木质纤维素的生物量或通过先进光伏技术转换太阳光能的效率。

为了解决另一个环境问题，即全球塑料垃圾负担，Coqueret说，在设计先进塑料和复合材料产品时，需要使用辐射技术的有效回收方法，如果使用传统方法则无法重复利用。

辐射对先进材料的影响

坚固、有韧性和耐用的材料在一般工业中至关重要，在核工业中尤其重要，因为反应堆的安全和燃料循环运行的可行性取决于所使用的材料。对于核反应堆中的材料来说，两个最大的挑战是热（通过冷却系统解决）和辐射。

“核反应堆内的结构材料易受到快中子的破坏，快中子将原子击出位置，并产生气体形式的氢或氦。这最终会导致膨胀，产生空隙，以及其他各种结构和机械变化，从而限制其最终使用寿命。”原子能机构核物理学家Ian Swainson说，“因此，对材料进行辐射测试至关重要，而加速器可有助于更广泛地进行测试。”

带电粒子在穿过材料过程中会失去大部分能量，造成重大但局部的损害。出于这个原因，研究人员计划使用离子束加速器产生的带电粒子测试未来核反应堆的候选材料。

Swainson说：“用加速器测试材料比使用反应堆测试更快。”他解释说，用加速器一天就能完成的工作，用高通量测试反应堆需要一年时间。通常情况下，样品不会产生放射性，而且受损区域可以被仔细切片，并用显微镜技术检查。

2016年，Swainson协助组织了一个长达五年的原子能机构协调研究项目，将相同材料的样品配送到多个加速器设施，在相同的条件下进行辐照，并在俄罗斯联邦的BOR-60研究快堆进行比较。辐照后的分析将有助于提高加速器设施之间的现场可重复性，并阐明加速器如何筛除性能不佳的材料。

2022年8 月， 原子能机构将举行“第二届国际辐射科学与技术应用会议”（ICARST-2022），探讨这些问题，聚焦核技术应用和电离辐射发展。除其他议题外，会议将重点关注先进材料特定领域的进展和当前的技术或经济限制，并将帮助总结成熟的辐射工艺在改善材料性能方面的成果。